Дослідники Наньянського технологічного університету в Сінгапурі розробили інноваційний пристрій, який одночасно добуває водень із морської води та очищує промислові забруднення. Система працює на сонячній енергії без додаткового джерела живлення, натхнена природним принципом поглинання світла листям.
Пристрій вирішує дві критичні проблеми сучасної енергетики: виробництво чистого палива та видалення токсичних речовин зі стічних вод. На чолі проєкту стояла професорка Лідія Вонг зі Школи матеріалознавства та інженерії NTU.
Як працює сонячний водень на основі морської води
Традиційно зелений водень отримують електролізом, коли електрика розщеплює молекули води на водень і кисень. Однак використання морської води створює значні перешкоди — іони хлориду заважають процесу та утворюють корозійні токсичні сполуки, які пошкоджують електроди.
Команда NTU змінила хімічну реакцію на позитивному електроді (аноді). Замість традиційного виділення кисню система розкладає гідразин — високотоксичний промисловий забруднювач — на водень і азот. Цей процес потребує менше енергії, що дозволяє вироблювати сонячний водень із нижчими енергетичними витратами.
- Анод містить каталізатор із заліза, кобальту та хрому
- Катод виготовлений з перовськітів на основі галогенідів свинцю
- Електропровідна епоксидна смола з часточками срібла та міді захищає систему від деградації
Результати випробувань
Дослідження показали надзвичайну ефективність сонячного водню, отриманого цим методом. При фотострумовій густині 25 мА см⁻² пристрій продемонстрував стабільну роботу понад 72 години за умов, еквівалентних сонячному світлу ясного дня.
Швидкість виробництва водню становила 466 мкмоль см⁻² год⁻¹, що порівнима з іншими системами на сонячній енергії. Одночасно система ефективно видаляла гідразин із води: протягом 30 годин концентрація забруднювача впала з 0,5 М приблизно до 0,5 частини на мільярд — більше ніж у 20 разів нижче норми Агентства з охорони навколишнього середовища США (10 ppb).
“Цей пристрій подвійного призначення є значним кроком уперед для екологічних технологій. Ефективно збираючи сонячну енергію для розкладання токсичного промислового забруднювача та одночасно отримуючи чисте паливо, ми вирішуємо і енергетичну, і екологічну проблеми”, — сказала професорка Вонг.
Майбутній розвиток технології
Науковці NTU продовжують удосконалювати технологію сонячного водню, розробляючи каталізатори для розкладання інших промислових забруднювачів. Мета — перетворювати відходи на корисні продукти, включаючи паливо та промислові хімікати.
Джеймс Дуррант, професор фотохімії Оксфордського університету, підтвердив значимість цього напрямку: “Прорив полягає в демонстрації практичного шляху до багатофункціональних фотоелектрохімічних систем. Такі підходи подвійного призначення ймовірно відіграватимуть дедалі важливішу роль у майбутньому впровадженні технологій сонячного палива”.
Дослідження опубліковано в журналі Nature Communications.
